[发明专利]城市排水仿真模拟系统的道路精细离散网格构建方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种作为城市排水内涝仿真模拟系统输入条件的城市道路面精细化离散网格单元构建方法，属于市政工程信息技术、数据库技术与地理信息系统技术交叉领域。

背景技术

水力模拟技术是基于一系列水文、水力学基本原理，并以计算机为手段实现对城市地表降雨、产流、汇流和洼蓄积水等实际物理过程的仿真模拟。排水仿真模拟系统平台集成了地理信息系统技术和水力模型技术，在城市排水防涝规划设计、降雨事件分析和日常运行管理等方面均有着广泛的应用，尤其是在当前的城市道路内涝仿真模拟技术应用需求推动下，对控制模拟精度的相关技术手段和数据处理方法提出了更高的要求。

道路地表网格化模型也称为地表数字高程模型是积水内涝工况模拟的必要输入条件之一，实现高精度的物理仿真模拟前提是必须构建出符合真实地表特征、高精度的地形网格化区间表达。目前，准备水力仿真模拟输入条件时，传统的城市道路地形处理方法存在着局限性。首先，采用专业测量方法观测获取地面高程数据，地貌高程测绘网格精度最高可达100×100米，但即使是最高精度数据条件，用于内涝模拟时，其测量点的数量仍有限，单纯依据测量数据生成的道路面数字高程模型无法满足模拟精度需求，生成图形的精细度较为粗糙（如附图5a）。而如果仅采用增加实测高程点的方法进行地表高程模型加密处理，往往就意味着工程成本的急剧增加；其次，随着地理信息技术的发展，当前应用最广泛的道路地形数据处理策略是以城市数字地形图的实测高程点为基础，通过简单采用地理信息平台下的空间插值技术构建道路面数字高程模型，从而实现对道路面高低起伏变化的描述。该方法虽然易于获取较多新增数据，但在应用于特定工作时，尤其是当采样高程点缺失重要道路地形特征细节表达时，连续内插面模型无法恢复该区域的地形特征，往往致使获得的道路网格模型失真度较高（如附图5b）。

基于以上传统处理方法的缺陷，本专利从内涝仿真模型构建的需求出发，以道路面设计规范为约束条件，以常规地形图实测高程点为基础，应用道路横、纵断面局部高程变化曲线拟合方法，结合道路特征地形带矢量化图层数据，依据道路物理地形的数学模型插值加密平面高程信息，在排水仿真模拟系统平台下优化调整插值点数量和位置，从而构建出道路面精细离散高程网格单元，既快速、经济地实现了道路真实地形特征表达，又满足了内涝模型精确模拟的要求，尤其是正确表现了道路微地形特征对水流的疏导以及阻挡作用，对于排水仿真模拟技术的推广应用具有重要意义。

发明内容

本发明主要为解决当前基于传统道路地形处理方法构建的数字高程模型精度偏低，也没有从设计角度考虑道路复杂地形特征的表达以及积水内涝模型的精确模拟等科学问题，提出了一种城市排水仿真模拟系统的道路精细离散网格构建方法。

本发明的技术方案如下：

城市排水仿真模拟系统的道路精细离散网格构建方法，所述方法依次包含以下步骤：

(1)在Access数据库系统平台下，按以下技术步骤提取城市道路地形高程点基础数据：

道路地形高程点数据是描述道路地形变化细节和绘制基础三角形插值单元网格的基础，该类数据来自于城市的基础测绘地形图，采用人工测量方法在野外观测获取地面高程数据，处理后转换成测绘地形图；依据内涝仿真模拟研究范围，对地形图有效范围进行裁剪，从中采集所需地形高程点数据，并导入平台下的标准化Access数据库进行存储，作为道路数字高程模型的数据基础；该存储数据库系统的数据表基础结构包含点数据的X坐标、Y坐标和高程字段；

(2)在地理信息系统平台下，按以下技术步骤建立矢量化的地形高程点图层和地形特征线图层，并完成图层间的空间坐标系统配准：

(2.1)道路地形特征线矢量图层是描述道路轮廓，划分不同道路地形带的基础；该矢量线图层的数据源为通过对城市卫星影像图或地形图矢量转化后，获得的道路地形特征线矢量数据；该图层的存储套用地理信息平台下具有图层矢量蒙版的填充图层，并存储了特征矢量线的空间展布信息以及其类型信息；

(2.2)基于地形高程点坐标信息，批量导入地理信息系统平台，绘制矢量化高程点图层，并设置该图层坐标系统为当地坐标系统；在地形高程点图层和特征线矢量图层的整合视图界面基础上，对坐标系统独立的点层和线层进行空间坐标配准；空间坐标的配准为选择研究区域内均匀分布的三个以上地形参照点，获得直角坐标系转换七参数，转换七参数分别包括空间坐标系X、Y和Z方向的三个平移参数和三个旋转参数，以及一个尺度变化参数；经过坐标系统转换后，建立统一坐标系统下的道路地形特征空间数据库；空间坐标匹配点选择为特征地物的转折点或交汇点；